JP5097462B2

JP5097462B2 - 紙又は板紙の製造方法

Info

Publication number: JP5097462B2
Application number: JP2007191430A
Authority: JP
Inventors: 弘岩田; 明峰伊澤; 毅金子
Original assignee: メッツォペーパーインコーポレイテッド
Priority date: 2007-07-23
Filing date: 2007-07-23
Publication date: 2012-12-12
Anticipated expiration: 2027-07-23
Also published as: JP2009024304A

Description

本発明は、抄紙工程中に湿紙に対するサイズ処理工程を含む紙又は板紙の製造方法に関する。

従来の紙又は板紙の製造方法を以下簡単に説明する。原料調成工程で、叩解、薬品配合の終わった紙料は、抄紙工程では、濃度０．５〜１重量％前後に調整されてワイヤーパート（紙層形成部）に噴出され、ワイヤーパートで脱水、繊維配向が行なわれて紙層が形成される。ワイヤーパートを出たところで２０重量％程度の紙料濃度（水分８０重量％程度）となり、次のプレスパート（湿紙搾水部）で湿紙はプレスロールとフェルトとの間で圧搾・脱水され、さらにドライヤパート（湿紙乾燥部）で含水量が５〜８重量％くらいまで乾燥され、紙になる。

なお、板紙とは、木材化学パルプ、砕木パルプ、わらパルプ、古紙などを配合した厚い紙の総称であり、主に段ボール原紙や包装紙等に使用される。一般には多層抄きで製造され、積層紙となるが、単層抄きのものも含める。

ドライヤパートの後でサイズ処理が行なわれる。サイズ処理とは、紙表面にサイズ剤、例えば、澱粉、ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）、ポリアクリルアマイド等を塗布し、紙表面の印刷特性、例えば、インキの滲み防止、繊維逸脱抑制（湿紙表面からの繊維の脱落を抑制する）等の向上を図る処理方法である。サイズ剤の塗布方法は、通常、湿紙をサイズ液が塗布されたロール間を通したり、あるいはスプレー等で塗布されたりする。サイズ処理の後で後乾燥処理が行なわれ、その後、巻取りリールに巻き取られる。

サイズ処理は、湿紙の含水量が多く、強度が低いところで行なうと、湿紙が破断するおそれがある。また、サイズ処理はなるべく均一な水分分布の湿紙に行なったほうが均質な効果が得られるので、従来は、ドライヤパートでの乾燥処理後に行なうというのが基本的なやり方であった。従って、従来は湿紙含水量が高々８重量％の領域でサイズ処理が行なわれていた。このように、従来は、乾燥後の湿紙にサイズ処理を行なうため、湿紙への浸透性を良くするために、サイズ液の濃度は１０重量％程度以下の低濃度のサイズ液を塗布していた。

特許文献１（特表２００４−５３３５６３号公報）には、サイズ液の濃度を１５〜４０重量％とし、湿紙の片面で５ｇ／ｍ^２以下、両面で１０ｇ／ｍ^２以下のサイズ液を塗布するサイズ処理方法が開示されている。この方法は、それまで行なわれていたサイズ処理で使用されるサイズ液よりも高い濃度のサイズ液を使用し、製造された紙又は板紙の表面強度を向上させ、曲げ剛性を増加させるとともに、サイズ処理後の後乾燥ラインを短縮し、低コストとすることを意図している。

特表２００４−５３３５６３号公報

特許文献１のサイズ処理は、ドライヤパートでの乾燥処理後に行なうという従来の基本的なやり方を踏襲し、サイズ液の濃度及びサイズ剤の塗布量のみに着目しており、湿紙の含水量については全く記述されていない。言い換えれば、特許文献１に開示されたサイズ処理方法は、サイズ処理時の湿紙の含水量の影響は全く考慮されていない。また、その他の文献にもサイズ処理時の湿紙の含水量の影響に着目した記述は見当たらない。

本発明は、かかる従来技術の課題に鑑み、サイズ処理時の湿紙の含水量を検討し、サイズ処理時の湿紙含水量の最適値を見出すことによって、サイズ処理の効果を高めるとともに、湿紙含水量を考慮したサイズ処理を行なうことによって、紙又は板紙の製造工程の簡略化と低コスト化を可能にすることを目的とする。

前記目的を達成するため、本発明の紙又は板紙の製造方法は、
紙又は板紙の抄紙工程中で湿紙の少なくとも一方の表面にサイズ液を塗布する工程を含む紙又は板紙の製造方法において、
湿紙の水分量が１０〜２５重量％の領域で該湿紙に濃度が１０〜２５重量％のサイズ液を塗布し、その後湿紙を後乾燥処理するものである。

本発明者等は、サイズ処理を行なうときの湿紙含水量の影響を広範な試験を行なって把握し、サイズ処理時の湿紙含水量がサイズ処理による湿紙の強度等に大きく影響することを見出し、湿紙含水量との関係で最良のサイズ処理法を見出したものである。即ち、湿紙含水量が１０〜２５重量％の領域でサイズ処理することで、１０〜２５重量％という高濃度のサイズ液を用いても、従来よりもサイズ処理による効果を向上できることを見出した。

本発明方法によれば、湿紙の水分量が１０〜２５重量％の高含水量のときにサイズ処理を行なうため、湿紙に塗布するサイズ液の濃度を、従来の１０重量％程度以下から１０重量％以上に高めても、サイズ液の浸透性を向上することができる。そのため、湿紙の単位面積当りのサイズ剤量を増加できるとともに、サイズ液が湿紙の奥深くに浸透するので、製造された紙又は板紙の断面方向に沿って均一に強度を増大させることができる。

また、湿紙に塗布するサイズ液の濃度を増大できるので、サイズ処理以後の乾燥負荷を低減でき、省エネを達成することができる。また、サイズ液の塗布濃度を従来よりも高くできるので、サイズ液貯留設備及び輸送設備をサイズダウンすることができる。

サイズ液を塗布する時の湿紙含水量は、湿紙の搬送方向の強度に影響するが、本発明方法では、湿紙含水量を２５重量％以下に抑えることで、湿紙の強度低下を最小限に抑えることができる。従って、サイズ処理時の断紙等の発生確率を増加させる心配はない。

本発明方法において、サイズ液を湿紙に塗布する手段として、例えば、従来公知の手段であるサイズ液転写プレスロールやスプレー塗布を用いることができる。これらの手段を用いて、湿紙の片面又は両面に塗布する。

本発明方法において、好ましくは、湿紙に対するサイズ液の塗布量を５〜２０ｇ／ｍ^２とするとよい。本発明方法では、湿紙含水量が１０〜２５重量％と従来と比べて高い含水量のときにサイズ液を塗布するので、サイズ液の浸透性が良い。そのため、サイズ液の塗布量を従来よりも多い５ｇ／ｍ^２以上としても、サイズ液が湿紙の内部に深く浸透する。
これによって、紙の断面方向全幅に亘って均一に強度を高めることができる。なお、サイズ液の塗布量を２０ｇ／ｍ^２より多くしても、それ以上サイズ処理の浸透性は向上しないので、製造された紙の強度等もそれ以上増大しない。また、コスト面を考えると、サイズ剤の塗布量は２０ｇ／ｍ^２以下とするのがよい。

本発明方法によれば、湿紙の水分量が１０〜２５重量％の領域で該湿紙に濃度が１０〜２５重量％のサイズ液を塗布することにより、サイズ液を湿紙の内部に深く浸透させることができるので、従来よりもインキの滲み防止効果や繊維逸脱抑制効果のみならず、特に湿紙の強度を向上させることができる。

本発明方法によれば、湿紙の含水量が１０〜２５重量％の領域でサイズ処理を行なうので、ドライヤパートの終点にサイズ処理装置を設置する場合、ドライヤパートでの湿紙の搬送速度を上昇させ、該サイズ処理装置の設置位置で前記含水量とすればよい。そのため、ドライヤパートでの乾燥時間を短縮することができる。

あるいは、サイズ処理をドライヤパートの途中で湿紙の含水量が１０〜２５重量％となったところで行うようにすることもできる。そして、サイズ処理後、湿紙の乾燥とサイズ液の乾燥を同時に行なえばよい。これによって、ドライヤパートでの乾燥とサイズ処理後の後乾燥処理を同時に行なうことができるので、ドライヤパート以降の抄紙ラインを短縮できるとともに、ドライヤパート以降の処理時間を短縮することができる。

以下、本発明を実施例を参照して詳細に説明する。但し、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明をそれのみに限定する趣旨ではない。

図１は、サイズ処理工程において、澱粉濃度が１０重量％のときの、澱粉塗工量と圧縮強度比（澱粉塗布をしない場合を１とする。）との関係をプロットした実験データである。図中、黒丸は湿紙含水量が２３重量％の場合を示し、白丸は湿紙含水量が１０重量％の場合である。図２は、澱粉濃度が２０重量％の場合、図３は澱粉濃度が２７重量％の場合の、図１と同様の実験データを示す。

図４は、図１〜図３の実験データに基づいて、澱粉塗工量が５ｇ／ｍ^２のときの澱粉濃度（重量％）と圧縮強度比（澱粉塗布をしない場合を１とする。）との関係をプロットするとともに、比較例として、同じ澱粉塗工量で、従来の湿紙含水量（８重量％）でかつ澱粉濃度が８重量％で行なった圧縮強度比の値をプロットしたものである。

図４から、澱粉濃度を増加させると、圧縮強度比は低下する傾向にあるが、湿紙含水量を高めるほど、圧縮強度比は増加することがわかる。ところが、澱粉濃度を２７重量％程度まで増加させると、もはや湿紙含水量の影響は微少になり、湿紙含水量が１０重量％の場合と同等の強度レベルに留まることがわかる。

これらの実験結果から、サイズ剤の浸透深さは、以下の関係にあるものと考えられる。

即ち、サイズ剤の浸透深さとサイズ液の濃度とは反比例し、また、湿紙含水量が多いほど、湿紙の原料であるパルプの毛細管半径が広がり、サイズ剤の浸透深さが大となる。サイズ剤の浸透深さが大となるに伴って圧縮強度が向上することになるので、上記各因子の影響が確定できる。

従来、サイズ処理部では、湿紙はフェルト等に挟まれたり、或いは載せられたりすることなく、湿紙だけが引っ張られており、更に湿紙はサイズ液の塗布によって再湿し、強度が弱くなっているために、高速運転時に紙切れを起こすおそれがあり、この理由から、湿紙含水量の低いドライヤパートの下流側でサイズ処理を行なっていた。ドライヤパートの下流側の湿紙含水量は５〜８重量％であるので、従来は、最大８重量％の含水量の元で行なっていた。しかも、サイズ処理を低い含水量のもとで行なうため、サイズ液の濃度を下げて浸透深さを増加させる必要があった。

本発明では、図４に示す実験結果から、従来行なっていなかった高い湿紙含水量、即ち含水量が１０重量％以上の場合、サイズ液の濃度が１０重量％以上でも、圧縮強度を増加できることがわかった。しかし、含有量が２５重量％を越えると、強度低下のため断紙のおそれがあり、また、図４に示す結果から、サイズ液の濃度が２５重量％を越えると、製造された紙の圧縮強度が増加しないことがわかった。さらに、コスト面を考慮すれば、サイズ液の濃度を２５重量％以下とするのがよい。

なお、サイズ剤の塗布量は、前述の理由から５〜２０ｇ／ｍ^２とするのが好ましい。即ち、５ｇ／ｍ^２以上とすることにより、サイズ液を湿紙の断面に深く浸透させることができ、これによって、紙の断面方向全幅に亘って均一に強度を増加できる。一方、サイズ剤の塗布量を２０ｇ／ｍ^２より多くしてもそれ以上強度が増加せず、さらに、コスト面からみて２０ｇ／ｍ^２以下とするのがよい。

次に本発明のサイズ処理法と特許文献１のサイズ処理法との相違を図５に図解して説明する。図５は湿紙の断面を示す模式図である。図５の（ａ）は本発明のサイズ処理法を施した湿紙の断面を示す。図５（ａ）において、本発明のサイズ処理法は、湿紙１の含水量を高くして、湿紙１の表面に塗布したサイズ液２を湿紙１の内部に深く浸透させるようにしている。そして、紙の厚さ方向に均一な圧縮強度を有する断面を形成させる。これによって、高い圧縮強度をもつ紙を製造する。

一方、特許文献１に開示されたサイズ処理法は、サイズ液の濃度を増加させ、従来のようにドライヤパートの下流側で行なう。湿紙１の含水量を従来のように低く抑えることによって、図５（ｂ）に示すように、サイズ液２の浸透性を抑え、サイズ液２の浸透幅を表面層３に限定する。これによって、湿紙１の表面に高強度の表面層３を形成する。このように、湿紙１を断面方向に３層構造とすることによって、曲げ力４に対する剛性を高めるようにしている。

板紙は段ボール原紙等に使用されるが、本発明のサイズ処理を施して製造した板紙は、曲げ剛性を付与する代わりに、圧縮強度を付与しているので、曲げ力に対しては柔軟性をもっている。従って、段ボール原紙の中芯紙等に使用して、波形に成形されても割れなどが発生しない。一方、特許文献１のサイズ処理を施された板紙は、波形に成形された場合、割れ等が発生するおそれがある。

本実施例によれば、サイズ処理時の湿紙含水量を１０〜２５重量％とすることで、１０〜２５重量％という高いサイズ液濃度でも、従来のサイズ処理に比べて高い圧縮強度を得ることができる。サイズ処理時の湿紙含水量を高くするので、ドライヤパートの中にサイズ処理工程をもうけることができる。これによって、湿紙の乾燥工程とサイズ処理後の後乾燥工程を同時に行なうことができるので、これらの工程に要する時間を短縮できるとともに、設備を簡素化することができる。

また、ドライヤパートの下流側でサイズ処理を行なう場合では、ドライヤパートでの湿紙含水量をさほど低下させる必要がないので、ドライヤパートでの湿紙搬送速度を増加させることができる。従って、ドライヤパートでの乾燥時間を短縮することができる。

また、サイズ液濃度を１０重量％以上とすることができるので、サイズ処理後の乾燥負荷を低減でき、乾燥に要するエネルギーを低減することができる。また、サイズ液の濃度を従来よりも１．５倍以上に高くできるので、サイズ液用の貯留設備及びサイズ液を湿紙に供給する設備を１／１．５倍に小型化することができる。

本発明によれば、紙又は板紙の抄紙工程において、サイズ処理された紙又は板紙の圧縮強度を向上できるとともに、ドライヤパート及びサイズ処理部での時間の短縮と装置構成の簡素化及び低コスト化を実現することができる。

本発明の実施例に係る澱粉濃度と圧縮強度比との関係を示す線図である。本発明の実施例に係る澱粉塗工量と圧縮強度比との関係を示す線図である。本発明の実施例に係る澱粉塗工量と圧縮強度比との関係を示す線図である。本発明の実施例に係る澱粉塗工量と圧縮強度比との関係を示す線図である。（ａ）は本発明のサイズ処理法によって製造された紙の模式的断面図であり、（ｂ）は特許文献１のサイズ処理法によって製造された紙の模式的断面図である。

符号の説明

１湿紙
２サイズ液
３表面層
４曲げ力

Claims

紙又は板紙の抄紙工程中で湿紙の少なくとも一方の表面にサイズ液を塗布する工程を含む紙又は板紙の製造方法において、
湿紙の水分量が１０〜２５重量％の領域で該湿紙に濃度が１０〜２５重量％のサイズ液を、塗布量を５〜２０ｇ／ｍ ^２として塗布し、その後湿紙を後乾燥処理することを特徴とする紙又は板紙の製造方法。
前記サイズ液をサイズ液転写プレスロール又はスプレー塗布により湿紙の一方又は両方の表面に塗布することを特徴とする請求項１に記載の紙又は板紙の製造方法。